論水泥工業(yè)的科技進(jìn)步

論水泥工業(yè)的科技進(jìn)步

1技術(shù)引進(jìn)的日子逐步結(jié)束

自主創(chuàng)新的時(shí)代全面開(kāi)始2新型干法水泥將迅猛開(kāi)展和進(jìn)步3生態(tài)型水泥工業(yè)即將崛起4水泥工業(yè)的科技進(jìn)步有賴(lài)于根底理論研究的突破5結(jié)語(yǔ)1.水泥生產(chǎn)工藝過(guò)程示意圖2.粉磨設(shè)備的進(jìn)步方向點(diǎn)接觸線(xiàn)接觸面接觸古代舂子碾子盤(pán)磨現(xiàn)代球磨輥壓機(jī)立磨Holl.mill?3.1技術(shù)引進(jìn)的日子逐步結(jié)束

自主創(chuàng)新的時(shí)代全面開(kāi)始原創(chuàng)性成果的顯現(xiàn)：

逆向研究的展開(kāi)

生態(tài)水泥的醞釀

低溫余熱發(fā)電技術(shù)逐步成熟高固氣比預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)

投入規(guī)模生產(chǎn)近十年我國(guó)水泥產(chǎn)量的增長(zhǎng)新型干法水泥增長(zhǎng)比例標(biāo)志：

?自主設(shè)計(jì)和裝備?向國(guó)外系統(tǒng)輸出工藝技術(shù)

?投資降低70%

?建設(shè)和達(dá)產(chǎn)周期縮短2/3

?贏(yíng)利空間增大2003004.問(wèn)題和反差引進(jìn)照搬多

吸收開(kāi)展少宏觀(guān)探討多

具體研究少生產(chǎn)規(guī)模開(kāi)展快

根底設(shè)備開(kāi)發(fā)慢技術(shù)模仿多

理論研究少5.2新型干法水泥將迅猛開(kāi)展和進(jìn)步推廣勢(shì)如破竹進(jìn)步舉步維艱在哪些方面進(jìn)步？

如何進(jìn)步？廢氣溫度<350℃熱耗<730ⅹ4.18kJ/kg.cl入窯CaCO3分解率>95%SO2

NOX<200mg/Nm3<600mg/Nm3抗熱震性提高一倍排放6.2.1高固氣比懸浮預(yù)熱預(yù)分解技術(shù) 的理論和實(shí)踐高固氣比懸浮預(yù)熱理論〔以二級(jí)為例〕

n=

n(

1,

2,…

n,n,K,A,Z)A=Cg/Cp氣固熱容比B=Ta0/Tg0環(huán)境溫度與氣體起始溫度比K=Tp0/Tg0固氣起始溫度比

1第一級(jí)換熱單元的氣固分離效率Z=Gp0/Gg0固氣質(zhì)量比

2第二級(jí)換熱單元的氣固分離效率N=1-

1+

1

2無(wú)因次數(shù)群

II兩級(jí)懸浮預(yù)熱系統(tǒng)的熱效率式中：7.熱效率與各級(jí)單元的別離效率1和2的關(guān)系熱效率II與固氣比Z的關(guān)系8.高固氣比懸浮預(yù)分解理論進(jìn)窯出爐物料的表觀(guān)分解率與循環(huán)率的數(shù)學(xué)表達(dá)式

分解爐系統(tǒng)熱慣性系數(shù)與物料循環(huán)率的關(guān)系表達(dá)式R—分解爐系統(tǒng)的熱慣性系數(shù)，無(wú)量綱；Q，A，B，C，D—與系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)有關(guān)的常數(shù)項(xiàng)。9.物料循環(huán)對(duì)出爐入窯物料分解率和爐溫的影響物料循環(huán)率對(duì)入窯物料分解率的影響

(η=0.9)循環(huán)率不同時(shí)爐溫對(duì)表觀(guān)分解率的影響10.外循環(huán)式高固氣比立筒預(yù)熱器外循環(huán)式高固氣比分解室改造前后比照11.高固氣比懸浮預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的示意圖Z1Z212.高固氣比懸浮預(yù)熱預(yù)分解生產(chǎn)線(xiàn)工藝流程圖13.1000t/d高固氣比懸浮預(yù)熱預(yù)分解窯生產(chǎn)線(xiàn)中控室顯示參數(shù)14.日產(chǎn)1000噸水泥熟料高固氣比型預(yù)熱預(yù)分解生產(chǎn)線(xiàn)與普通五級(jí)預(yù)熱預(yù)分解型各項(xiàng)指標(biāo)比照高固氣比型普通五級(jí)型增減率（%）固氣比2.00.9+122.00熱耗(kJ/kg.cl)726

4.18830

4.18-12.53廢氣溫度(

C)<250350-28.57廢氣量(Nm3/kg.cl)1.361.8-24.44粉塵排放量(kg/kg.cl)0.0660.072-8.33SO2排放量(ppm)70200~400-76.67增濕塔和大煙囪無(wú)有入窯分解率(%)

9685+12.94預(yù)熱器+分解爐熱效率(%)8470+20.00生產(chǎn)線(xiàn)投資(億元)0.751.00-25.0015.生產(chǎn)中的兩條日產(chǎn)1000噸熟料

的高固氣比預(yù)熱預(yù)分解生產(chǎn)線(xiàn)16.高固氣比生產(chǎn)工藝的構(gòu)思廢氣溫度降低37％；冷卻機(jī)余風(fēng)降為零；熟料熱耗降低21％；二氧化硫的排放降低76％。17.2.2新型水泥燒成工藝科技進(jìn)步趨勢(shì)預(yù)測(cè)全窯系統(tǒng)熱效率和各個(gè)子系統(tǒng)熱效率之間的關(guān)系—系統(tǒng)熱效率，[%]—分別為反響器、預(yù)熱器、冷卻機(jī)的熱效率，[%]；VE—子系統(tǒng)有效能分?jǐn)?shù)18.子系統(tǒng)熱效率與總系統(tǒng)熱效率的關(guān)系有效能分?jǐn)?shù)對(duì)系統(tǒng)熱效率的影響19.3生態(tài)型水泥工業(yè)即將崛起

——生態(tài)工業(yè)的排頭兵目標(biāo)：環(huán)境影響最小化、資源消耗減量化、廢渣廢水資源化、產(chǎn)品無(wú)害化、質(zhì)量最優(yōu)化。優(yōu)點(diǎn)：高溫、穩(wěn)定、均勻；酸堿中和；重金屬固化；替代局部熟料和原料。20.近年來(lái)我國(guó)生鐵產(chǎn)量和礦渣排放量年份鋼鐵產(chǎn)量鋼鐵渣產(chǎn)量礦渣粉產(chǎn)量20032.65億噸1.53億噸0.73億噸20042.97億噸1.61億噸0.89億噸20053.494億噸1.72億噸1.21億噸SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO礦渣31.8216.071.8737.788.46熟料22.005.503.5064.001.00礦渣與水泥熟料主要化學(xué)成分的比照3.1礦渣細(xì)粉的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用21.影響礦渣活性的主要因素高溫礦渣的潛在活性主要取決于CaO、Al2O3的含量和玻璃相的含量，一般上述量〔或相〕含量越多，礦渣的活性越高。礦渣中的主要活性礦物為C2AS,CAS,CS,C2S等，故SiO2的含量越少，其活性越高。礦渣粉的活性還取決于其細(xì)度。水化反響：礦渣粉在沒(méi)有激發(fā)劑的情況下一般不與水發(fā)生反響。當(dāng)漿體中存在Ca(OH)2或硫酸鹽物質(zhì)后，能生成水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣、水化鐵酸鈣等凝膠。22.我國(guó)幾個(gè)大中型鋼鐵企業(yè)的礦渣品質(zhì)來(lái)源年排放量

（萬(wàn)噸）與質(zhì)量有關(guān)的幾個(gè)系數(shù)堿度（b）活性系數(shù)(Ho)堿性系數(shù)(Mo)質(zhì)量系數(shù)(K)酒鋼801.650.3420.9781.52太鋼1751.680.3051.0511.61長(zhǎng)鋼701.860.4850.9281.81川威601.850.4281.0001.76寶鋼9341.8404.160.9901.75龍鋼401.8460.5690.8141.793要求>1.4合格>1堿性礦渣=1中性礦渣<1酸性礦渣≥1.2合格>1.6優(yōu)良礦渣23.水泥及混凝土中參加礦渣的優(yōu)點(diǎn)1.水灰比密實(shí)性后期強(qiáng)度

水化熱早期裂縫外界侵蝕

耐久性大大提高2.漿體流動(dòng)性粘度屈服應(yīng)力

施工難度降低

24.系統(tǒng)地研究了幾個(gè)渣的細(xì)度、顆粒形貌與替代水泥熟料量、混凝土的和易性、耐久性之間的關(guān)系細(xì)度為650m2/kg的礦渣細(xì)度為350m2/kg的礦渣細(xì)度為530m2/kg的礦渣25.粉磨系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比照粉磨系統(tǒng)圈流球磨系統(tǒng)輥壓機(jī)系統(tǒng)立式輥磨系統(tǒng)預(yù)粉磨聯(lián)合粉磨終粉磨功耗/%10070~8055~7540~6050~70投資/%10090~110130100110~115維修/%100110130120115噪音大大中小小世界最大的礦渣水泥生產(chǎn)線(xiàn)：

長(zhǎng)鋼〔集團(tuán)〕年產(chǎn)150萬(wàn)噸礦渣水泥生產(chǎn)線(xiàn)26.沙鋼200萬(wàn)t/a生產(chǎn)線(xiàn)27.長(zhǎng)鋼150萬(wàn)t/a生產(chǎn)線(xiàn)28.四川川威集團(tuán)100萬(wàn)t/a礦渣水泥生產(chǎn)線(xiàn)29.3.2粉煤灰的顯微結(jié)構(gòu)研究及應(yīng)用30.3.2.1粉煤灰的化學(xué)和物理特性粉煤灰的主要化學(xué)成分成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO燒失量％40～5020～305～101～50.5～22～8d=0.5~200m,

80%50m,A=270~370m2/kg(透氣法),r=2.0~3.0,

=0.6~1.0kg/l粉煤灰的主要物理特性31.3.2.2粉煤灰的顆粒形貌粉煤灰中的漂珠粉煤灰中的富鐵磁珠粉煤灰中的高鈣鐵珠粉煤灰中的沉珠

32.不同粉磨方式下粉煤灰顆粒形貌選擇每種粉磨方式中的30min下的顆粒形貌進(jìn)行比較，如下圖。放大倍數(shù)都是1000×，從圖中看出盤(pán)磨下球形度較好，平均粒徑較小。振動(dòng)磨和球磨機(jī)粉磨的粉煤灰顆粒分級(jí)較明顯，存在少量的粗顆粒。盤(pán)磨粉磨振動(dòng)磨粉磨球磨機(jī)粉磨不同粉磨方式下粉煤灰的形貌33.3.2.3粉煤灰的水化原理潛在水化活性的材料。

活性來(lái)自無(wú)定形的活性SiO2、高活性Al2O3。玻璃體的含量及其解聚能力。一般不與水發(fā)生反響，但在Ca(OH)2或石膏溶液中卻有明顯的水化作用，其機(jī)理是：xCa(OH)2+SiO2+mH2O

xCaOSiO2nH2OyCa(OH)2+Al2O3+mH2O

yCaO

Al2O3nH2O34.影響水化的因素激發(fā)劑濃度越高，激發(fā)作用越大，活性發(fā)揮越充分；粉煤灰磨得越細(xì)，反響界面越大，水化速度越快；石灰、水泥熟料、堿類(lèi)、石膏等都可有效地激發(fā)活性鋁和活性硅。35.3.2.4粉煤灰的資源化技術(shù)歷史：起步于上世紀(jì)50年代美國(guó)：

1965年出現(xiàn)6家細(xì)灰公司，

2002年50家大規(guī)模公司。

至今連續(xù)召開(kāi)幾十次國(guó)際灰渣利用會(huì)議。

1974年將其列為國(guó)家最豐富的第七位礦產(chǎn)資源。英、澳、加：

1980年起作為水泥的孿生工業(yè)進(jìn)行經(jīng)營(yíng)。中國(guó)：

1950年起研究；

1979年利用率

10％；

1995年后開(kāi)始多方面應(yīng)用：墻體材料、膠凝材料、路基材料；

現(xiàn)利用率達(dá)50％。36.普通粉煤灰水泥的生產(chǎn)工藝粉煤灰

(40%)熟料石膏粉煤灰

水泥普通粉煤灰水泥已成為我國(guó)五大水泥品種之一粉磨普通粉煤灰水泥生產(chǎn)工藝示意圖37.低熱粉煤灰水泥配比粉煤灰礦渣粉熟料粉硬石膏其它36~5220~3618~20100.15性能低水化熱〔146J/g.3d;188J/g.7d)微膨脹，其強(qiáng)度可達(dá)32.5#或42.5#.低熱粉煤灰水泥的配比38.粉煤灰的磨細(xì)效果將粉煤灰磨細(xì)至平均粒徑為7m時(shí)，粉煤灰呈現(xiàn)硅灰的性質(zhì)，用其等量替代20%的水泥熟料后，可使混凝土的強(qiáng)度提高25%以上，尤其使抗折強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，且后期強(qiáng)度很高。生產(chǎn)技術(shù)將粉煤灰用熟料或礦渣粉均勻混合后，用立磨粉磨。具有系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、助磨效果好、電耗很低、過(guò)程干凈的優(yōu)點(diǎn)。39.各種珠體的分選磁珠：Fe3O4,磁選，含鐵量為50~70%漂珠：＝400～700kg/m3，用作隔熱材料或各種添料沉珠：浮選時(shí)沉在水底，為實(shí)心珠或石英單體，耐磨，強(qiáng)度高，可用于生產(chǎn)膠凝材料和填料。40.我國(guó)粉煤灰總貯存量已到達(dá)28億多噸，嚴(yán)重地影響環(huán)境、氣候和生態(tài)，將其徹底資源化仍任重道遠(yuǎn)。41.3.3煤矸石的資源化技術(shù)矸石/原煤＝15％，每年2億噸；全國(guó)矸石堆山1500座，40億噸，占地1.2萬(wàn)公頃釋放CO,SO2,CO2和大量粉塵，污染水42.成熟的矸石利用技術(shù)用矸石生產(chǎn)燒結(jié)磚并替代局部燃料用矸石生產(chǎn)陶粒等輕骨料；用矸石替代局部水泥粘土質(zhì)原料或少量混合材；用作筑路、礦井等的充填材料。技術(shù)含量低、產(chǎn)品利用價(jià)值低、利用率有限43.3.3.1煤矸石的物理化學(xué)性質(zhì)碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)沙巖、泥質(zhì)頁(yè)巖、

沙巖、石灰?guī)r等組成；礦物組成：高嶺石、水云母和綠泥石等粘土礦物；高嶺土類(lèi)的非金屬礦產(chǎn)資源。煤矸石的主要化學(xué)成分成分SiO2Al2O3Fe2O3+TiO2CaOMgO燒失量％40~6015~301.0~130.3~2.00.5~1.515~3044.3.3.2地質(zhì)聚合物膠凝材料的研究懸浮態(tài)高溫快速生產(chǎn)的高嶺石細(xì)粉中的主要成分是高活性的SiO2和Al2O3，它們?cè)诩?xì)粉中的總含量為70～80％。這些細(xì)粉不僅可象粉煤灰一樣作為混凝土的重要組分，而且在某些激發(fā)劑的作用下可形成凝膠。(稱(chēng)為地質(zhì)聚合物膠凝材料〕。聚合原理〔說(shuō)法各異〕：經(jīng)快速煅燒所得的偏高嶺土是一種由不定形的[SiO4]四面體和[SiO6]八面體組成的層狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)參加堿液后，在化學(xué)能的作用下，這種層狀結(jié)構(gòu)中的Si-O-Si或Si-O-Al鍵會(huì)翻開(kāi)，形成低聚合度的物質(zhì)，經(jīng)重組和縮聚后，形成Si-O四面體和Al-O四面體的共氧連接而成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物，其它的陽(yáng)離子(Na+,K+,Ca2+,H3O+)那么在該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空腔中平衡四配位的Al3+的負(fù)電荷。45.地質(zhì)聚合物膠凝材料的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)地質(zhì)聚合物膠凝材料的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)46.地質(zhì)聚合物材料的力學(xué)性能性能聚合物膠凝材料普通水泥玻璃陶瓷合金密度（g/cm3）2.2～2.72.32.53.02.7彈性模量（GPa）50207020070抗拉強(qiáng)度(MPa)30～1901.6～3.36010030抗彎強(qiáng)度(MPa)40～1205～1070150～200150～400斷裂功(J/m2)50～1500201030010000地質(zhì)聚合物材料的力學(xué)性能47.Geopolymers與水泥的性能比較普通波特蘭水泥Geopolymers高強(qiáng)度短期內(nèi)強(qiáng)度更高對(duì)于酸、硫酸鹽和海水敏感不受酸、硫酸鹽和海水的影響多孔、易導(dǎo)致鋼筋的銹蝕多孔、但不導(dǎo)致鋼筋的銹蝕抵受不了凍融循環(huán)能夠抵抗凍融循環(huán)長(zhǎng)期穩(wěn)定性差是否有長(zhǎng)期穩(wěn)定性？生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的CO2生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)生CO2，廢棄物可再循環(huán)利用已成熟的技術(shù)新技術(shù)Geopolymers與水泥的性能比較48.3.4垃圾將局部替代水泥生產(chǎn)的原燃材料我國(guó)城市垃圾日人均產(chǎn)出量約為1kg全國(guó)城市垃圾的年產(chǎn)出量已達(dá)1.6億噸每年以8%左右的速度遞增垃圾存量約70多億噸侵占土地5.5億m2我國(guó)近年來(lái)城市生活垃圾清運(yùn)量的變化

200多個(gè)城市被垃圾包圍垃圾處理的緊迫性49.垃圾在水泥廠(chǎng)直接處理法垃圾處理工藝流程圖

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